微藻生物技术
摘要：微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。无论是从生态学还是从植物系统学的研究来看，微藻都是我们这个地球上最基本最重要生产者，没有了它们其它形式的生命的生存便会受到致命的威胁。
关键字：微藻 营养丰富 开发前景
一、微藻的生物学特点
微藻是介于陆地微生物与植物细胞之间的一类单细胞生物，与陆地微生物相比，微藻具有如下特点：
(1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能十分有效地利用太阳能通过光合作用将H 20、CO 2：和无机盐转化为有机化合物。同时因其固定CO 2 可以减少温室效应。
(2)微藻的繁殖一般是简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行大规模培养，并且微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量容易采取和利用。
(3)可以用海水、碱水或半碱水培养微藻，是淡水资源短缺、土地贫脊地区获得有效生物资源的重要途径。
(4)微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，某些种类还富含油料、微量元素和矿物质，是人类未来重要的食品及油料的资源。
(5)微藻、尤其是海洋微藻，因其独特的生存环境使其能合成许多结构和生理功能独特的生物活性物质。特别是经过一定的诱导手段，微藻可以高浓度地合成这些具有商业化生产价值的化合物，是人类未来医药品、保健品和化工原料的希望。
二、微藻培养技术
1、自养培养
微藻多为光合自养，自养微藻的大规模培养多采用开放式池和封闭式光合生物反应器系统进行培养。开放大池培养微藻是传统而又简单的微藻培养模式，也是目前较为成熟的一种微藻培养技术。开放大池培养的优点是构建简单、成本低廉及操作简便，但开放式培养过程受光照、温度等自然环境影响较大，并且易被真菌、原生动物和其他藻种污染，同时水分蒸发严重，二氧化碳供给不足，这些因素都将导致细胞培养密度偏低，使得采收成本较高。能适应大池培养的微藻藻
种必须是在极端环境下能快速生长的藻种，然而能满足这些条件的藻种目前并不是太多，有许多尝试改进该系统，但还是只能用于螺旋藻、小球藻及盐藻等少数能耐受极端环境的微藻培养。
2、异养培养
并不是所有微藻都能以有机碳源为底物进行异养生长，对微藻异养机理的研究还不够深入，对于那些只能自养，还没有发现其异养或者兼养现象的微藻，人们推测其可能是由于酶的缺陷、通透性障碍和异养代谢能量不足所导致。异养培养系统易被生长速度快的细菌污染，所以异养培养的整个过程必须是严格的无菌化操作，培养条件的优化和在培养液中添加抗生素都能抑制细菌的污染。美国的Maaek 公司已建成150m 3规模的工业化异养培养设备，生产富含DHA 的微藻饲料。
三、微藻生物技术及其应用
1、用于生物柴油的产油微藻研究
在新能源开发过程中，人们注意到利用微藻生产可再生能源。微藻具有光能自养能力，在吸收储存太阳能的同时，还能固定CO2、减轻温室效应。相比于陆生植物，微藻具有生长快、光合作用效率高、节省土地、可以工业化生产等优点。一些微藻在一定的条件下可以以积累油脂的方式贮存太阳能，人们可以利用油脂来生产生物柴油。目前微藻油脂的产量还较低，成本较高，用微藻油脂生产生物柴油还不具有竞争力。要使微藻油脂生物柴油具有现实意义，必须保证微藻高效率、低成本生产油脂。
微藻在受到某种应激的条件下开始积累油脂。一般，人们采用的策略是在碳源充足的条件下限制氮源的供应，造成氮源饥饿来促使微藻积累油脂。但是，氮源缺乏也会造成细胞生长不足，细胞生物量不高，总体来说油脂产量难以提高。在氮源缺乏的情况下，细胞的叶绿素下降，这造成了细胞光合作用能力的下降。微藻油脂积累也可以在其他营养素不足的条件下激发，如硫源、磷源不足等。非营养条件的应激也能激发油脂积累，如温度应激、渗透压应激等。
光照往往是微藻油脂产量的一个限制条件。特别是在高密度培养的条件下，光的通透受到严重影响，这使得微藻的生长动力学呈现营养限制型生长。当细胞密度达到某一临界值时，开始出现严重的遮蔽效应，细胞生长由对数生长转向线性生长。因此，反应器的结构、培养体系的混合十分重要，
温度是另一个重要因素。特别在夏季南方开放池培养的条件下，温度往往在30℃以上，甚至高到接近40℃。一般，在温度较低时微藻的油脂含量较高。并且，有些微藻在高温不能生长。因此，选育能耐高温的产油微藻藻种十分重要。
在用基因工程手段构建新的微藻藻种方面吸引了大量的注意力。少数微藻的
全基因序列已经清楚。通过转基因技术提高油脂产量也有一些成果。以乙酰辅酶A 羧化酶（ACC 酶）为代表的油脂合成途径中的关键酶是关注的焦点之一。转ACC 基因的微藻ACC 活力成倍提高，微藻细胞中的油脂含量也有超过10% 的增长。但是，到目前为止，却没有一个转基因微藻能够应用于油脂生产实际。其中一个重要原因是，虽然某个关键酶的基因拷贝数增加，局部关键酶得以超量表达，但是这并不能保证代谢流向三酰基甘油酯源源流去。目前这一问题尚没有突破，但是值得期待。
2、利用微藻生产虾青素
虾青素是一种近年来才走入应用研发领域的高价值生物活性物质，具有强大的抗氧化活
性，比其它的类胡萝卜素高10倍，比维生素E 高550倍，被称为“超级维生素E ”。 目前，虾青素已广泛应用于水产养殖中，在增加养殖对象着色，提高存活率，促进生长、繁殖、发育等方面具有显著作用。
目前，在天然虾青素的生物来源中，雨生红球藻中的虾青素含量最高，所含虾青素的结构形式亦与养殖对象所需一致，所以被公认为自然界中生产虾青素最好的生物来源。
目前，根据雨生红球藻的不同存在形式，一般将虾青素的生产分成微藻培养和虾青素积累两阶段进行，前一阶段主要进行雨生红球藻的培养，使其高密度生长! 该阶段现有的生产模式有两种，即所谓的有限培养和半连续式培养，有限培养是指在稳定的培养液条件下进行微藻培养! 半连续培养则指在培养藻类细胞达到相当浓度后，每天取出一部分藻液转入胁迫环境，并补充等量的新培养液继续培养，使雨生红球藻在保持恒定的生长速度和稳定的生理特性的条件下连续生产!
第二阶段是通过设置诸如高光照、高温、高盐、营养盐饥饿等一系列胁迫手段，促使雨生红球藻在恶劣的生存环境下转变为厚壁孢子，以达到积累虾青素的目的。在这两个阶段中，微藻所需的营养及环境条件不同，当前国内外研究既主要集中在这两个阶段的条件选择和控制上。
四、微藻生物技术发展前景
人类正面临人口膨胀，陆地资源减少和环境恶化这三大全球性问题。单一的陆地经济已经很难适应经济快速发展的需要。开发利用海洋资源是解决这些问题的重要途径之一，一场以开发海洋生物资源为标志的“蓝色革命 在世界范围内蓬勃兴起。自20世纪50年代人们认识到微藻的开发价值和巨大经济潜力以来，微藻生物技术这一新兴研究领域得到了迅速发展。全世界有关微藻生物技术的专利在1953～1980年的27年间共77项，平均每年仅2．85项；但是在1981—1993
年间却达到了194项，平均每年l6．17项；微藻生物技术也从实验室走向了产业化，为人类新资源的开发开创了新天地。
与其它生物技术相比，微藻生物技术尚处于初级发展阶段，还存在许多“瓶颈”，需要多学科的通力合作。我们相信，随着人类对微藻的深入认识和了解，随着高新技术和人力物力的大量投入以及各学科乃至世界各国间的广泛合作，微藻生物技术必将成为解决人类食品和能源的主要途径，为人类的生存做出贡献。
参考文献：
1、高亚辉．海洋微藻分类生态及生物活性物质研究[J]．厦门大学学报(自然科学版) ，2001，40(2)：566—573．
2、刘血莉，钱伯初．日本海洋天然活性物质研究简况[J]．中国海洋药物，1997，(1)：45—49．
3、秦桂香．微藻的研究与开发动态[J]．青岛科技，2002，(1)：37—38．
4、庄惠如，施巧琴，卢海声，等．营养胁迫对雨生红球藻虾青素累积的影响[J]．水生生物学报，2000，24(3)：208—212．
微藻生物技术
摘要：微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。无论是从生态学还是从植物系统学的研究来看，微藻都是我们这个地球上最基本最重要生产者，没有了它们其它形式的生命的生存便会受到致命的威胁。
关键字：微藻 营养丰富 开发前景
一、微藻的生物学特点
微藻是介于陆地微生物与植物细胞之间的一类单细胞生物，与陆地微生物相比，微藻具有如下特点：
(1)微藻具有叶绿素等光合器官，是非常有效的生物系统，能十分有效地利用太阳能通过光合作用将H 20、CO 2：和无机盐转化为有机化合物。同时因其固定CO 2 可以减少温室效应。
(2)微藻的繁殖一般是简单的分裂式繁殖，细胞周期较短，易于进行大规模培养，并且微藻通常无复杂的生殖器官，使整体生物量容易采取和利用。
(3)可以用海水、碱水或半碱水培养微藻，是淡水资源短缺、土地贫脊地区获得有效生物资源的重要途径。
(4)微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，某些种类还富含油料、微量元素和矿物质，是人类未来重要的食品及油料的资源。
(5)微藻、尤其是海洋微藻，因其独特的生存环境使其能合成许多结构和生理功能独特的生物活性物质。特别是经过一定的诱导手段，微藻可以高浓度地合成这些具有商业化生产价值的化合物，是人类未来医药品、保健品和化工原料的希望。
二、微藻培养技术
1、自养培养
微藻多为光合自养，自养微藻的大规模培养多采用开放式池和封闭式光合生物反应器系统进行培养。开放大池培养微藻是传统而又简单的微藻培养模式，也是目前较为成熟的一种微藻培养技术。开放大池培养的优点是构建简单、成本低廉及操作简便，但开放式培养过程受光照、温度等自然环境影响较大，并且易被真菌、原生动物和其他藻种污染，同时水分蒸发严重，二氧化碳供给不足，这些因素都将导致细胞培养密度偏低，使得采收成本较高。能适应大池培养的微藻藻
种必须是在极端环境下能快速生长的藻种，然而能满足这些条件的藻种目前并不是太多，有许多尝试改进该系统，但还是只能用于螺旋藻、小球藻及盐藻等少数能耐受极端环境的微藻培养。
2、异养培养
并不是所有微藻都能以有机碳源为底物进行异养生长，对微藻异养机理的研究还不够深入，对于那些只能自养，还没有发现其异养或者兼养现象的微藻，人们推测其可能是由于酶的缺陷、通透性障碍和异养代谢能量不足所导致。异养培养系统易被生长速度快的细菌污染，所以异养培养的整个过程必须是严格的无菌化操作，培养条件的优化和在培养液中添加抗生素都能抑制细菌的污染。美国的Maaek 公司已建成150m 3规模的工业化异养培养设备，生产富含DHA 的微藻饲料。
三、微藻生物技术及其应用
1、用于生物柴油的产油微藻研究
在新能源开发过程中，人们注意到利用微藻生产可再生能源。微藻具有光能自养能力，在吸收储存太阳能的同时，还能固定CO2、减轻温室效应。相比于陆生植物，微藻具有生长快、光合作用效率高、节省土地、可以工业化生产等优点。一些微藻在一定的条件下可以以积累油脂的方式贮存太阳能，人们可以利用油脂来生产生物柴油。目前微藻油脂的产量还较低，成本较高，用微藻油脂生产生物柴油还不具有竞争力。要使微藻油脂生物柴油具有现实意义，必须保证微藻高效率、低成本生产油脂。
微藻在受到某种应激的条件下开始积累油脂。一般，人们采用的策略是在碳源充足的条件下限制氮源的供应，造成氮源饥饿来促使微藻积累油脂。但是，氮源缺乏也会造成细胞生长不足，细胞生物量不高，总体来说油脂产量难以提高。在氮源缺乏的情况下，细胞的叶绿素下降，这造成了细胞光合作用能力的下降。微藻油脂积累也可以在其他营养素不足的条件下激发，如硫源、磷源不足等。非营养条件的应激也能激发油脂积累，如温度应激、渗透压应激等。
光照往往是微藻油脂产量的一个限制条件。特别是在高密度培养的条件下，光的通透受到严重影响，这使得微藻的生长动力学呈现营养限制型生长。当细胞密度达到某一临界值时，开始出现严重的遮蔽效应，细胞生长由对数生长转向线性生长。因此，反应器的结构、培养体系的混合十分重要，
温度是另一个重要因素。特别在夏季南方开放池培养的条件下，温度往往在30℃以上，甚至高到接近40℃。一般，在温度较低时微藻的油脂含量较高。并且，有些微藻在高温不能生长。因此，选育能耐高温的产油微藻藻种十分重要。
在用基因工程手段构建新的微藻藻种方面吸引了大量的注意力。少数微藻的
全基因序列已经清楚。通过转基因技术提高油脂产量也有一些成果。以乙酰辅酶A 羧化酶（ACC 酶）为代表的油脂合成途径中的关键酶是关注的焦点之一。转ACC 基因的微藻ACC 活力成倍提高，微藻细胞中的油脂含量也有超过10% 的增长。但是，到目前为止，却没有一个转基因微藻能够应用于油脂生产实际。其中一个重要原因是，虽然某个关键酶的基因拷贝数增加，局部关键酶得以超量表达，但是这并不能保证代谢流向三酰基甘油酯源源流去。目前这一问题尚没有突破，但是值得期待。
2、利用微藻生产虾青素
虾青素是一种近年来才走入应用研发领域的高价值生物活性物质，具有强大的抗氧化活
性，比其它的类胡萝卜素高10倍，比维生素E 高550倍，被称为“超级维生素E ”。 目前，虾青素已广泛应用于水产养殖中，在增加养殖对象着色，提高存活率，促进生长、繁殖、发育等方面具有显著作用。
目前，在天然虾青素的生物来源中，雨生红球藻中的虾青素含量最高，所含虾青素的结构形式亦与养殖对象所需一致，所以被公认为自然界中生产虾青素最好的生物来源。
目前，根据雨生红球藻的不同存在形式，一般将虾青素的生产分成微藻培养和虾青素积累两阶段进行，前一阶段主要进行雨生红球藻的培养，使其高密度生长! 该阶段现有的生产模式有两种，即所谓的有限培养和半连续式培养，有限培养是指在稳定的培养液条件下进行微藻培养! 半连续培养则指在培养藻类细胞达到相当浓度后，每天取出一部分藻液转入胁迫环境，并补充等量的新培养液继续培养，使雨生红球藻在保持恒定的生长速度和稳定的生理特性的条件下连续生产!
第二阶段是通过设置诸如高光照、高温、高盐、营养盐饥饿等一系列胁迫手段，促使雨生红球藻在恶劣的生存环境下转变为厚壁孢子，以达到积累虾青素的目的。在这两个阶段中，微藻所需的营养及环境条件不同，当前国内外研究既主要集中在这两个阶段的条件选择和控制上。
四、微藻生物技术发展前景
人类正面临人口膨胀，陆地资源减少和环境恶化这三大全球性问题。单一的陆地经济已经很难适应经济快速发展的需要。开发利用海洋资源是解决这些问题的重要途径之一，一场以开发海洋生物资源为标志的“蓝色革命 在世界范围内蓬勃兴起。自20世纪50年代人们认识到微藻的开发价值和巨大经济潜力以来，微藻生物技术这一新兴研究领域得到了迅速发展。全世界有关微藻生物技术的专利在1953～1980年的27年间共77项，平均每年仅2．85项；但是在1981—1993
年间却达到了194项，平均每年l6．17项；微藻生物技术也从实验室走向了产业化，为人类新资源的开发开创了新天地。
与其它生物技术相比，微藻生物技术尚处于初级发展阶段，还存在许多“瓶颈”，需要多学科的通力合作。我们相信，随着人类对微藻的深入认识和了解，随着高新技术和人力物力的大量投入以及各学科乃至世界各国间的广泛合作，微藻生物技术必将成为解决人类食品和能源的主要途径，为人类的生存做出贡献。
参考文献：
1、高亚辉．海洋微藻分类生态及生物活性物质研究[J]．厦门大学学报(自然科学版) ，2001，40(2)：566—573．
2、刘血莉，钱伯初．日本海洋天然活性物质研究简况[J]．中国海洋药物，1997，(1)：45—49．
3、秦桂香．微藻的研究与开发动态[J]．青岛科技，2002，(1)：37—38．
4、庄惠如，施巧琴，卢海声，等．营养胁迫对雨生红球藻虾青素累积的影响[J]．水生生物学报，2000，24(3)：208—212．